基于PLC控制的锅炉自动输煤系统设计

摘 要

本论文主要是以锅炉的自动输煤系统为研究对象，自动输煤系统的出现不仅仅解决了在锅炉输煤过程中只能使用人力的现状，也解决了工作强度大、工作时间长的问题。论文首先简述了锅炉概况，对自动输煤系统的工艺流程进行分析设计，然后对输入输出点进行分配,设计了主电路，对PLC进行分析选择，最后画出梯形图。通过对原有锅炉输煤系统控制方面存在的问题进行分析，采用PLC控制系统选用日本三菱F1-30MR型PLC，通过硬件选取，软件调试，实现整体控制系统结构合理，运转良好的目的。个机械之间均涉及安全连锁保护控制共嫩：系统的输煤电机启停有严格控制顺序，彼此间有相应的联锁互动关系，当启停某台输煤系统设备时。从该设备下面流程的最终输煤设备开始向上逐级启用，最后才能使该台设备启动；当停止某台输煤设备或某台设备故障时，从该设备上面流程的源头给煤设备开始向下逐级停机，左后才能使该台设备停止。这样就保证了上煤传输的正常运行在线控制煤流量，避免了皮带上煤的堆积，也保护了皮带。PLC控制系统硬件设计布局合理，工作可靠，操作，维护方便，工作良好。用PLC输煤程控系统。用PLC来对锅炉输煤系统进行控制。锅炉输煤系统，是指从卸煤开始，一直到将合格的煤块送到煤仓的整个工艺过程，它包括以下几个主要环节：卸煤生产线、煤场、输煤系统、破碎与筛分、配煤系统以及一些辅助生产环节。本设计中主要研究的是其中的输煤系统部分，即煤块从给煤机传输到原煤仓的过程。采用了顺序控制的方法。不但实现了设备运行的自动化管理和监控。提高了系统的可靠性和安全性，而且改善了工作环境，提高了企业经济效益和工作效率。因此PLC电气控制系统具有一定的工程引用和推广价值。

关键词：PLC；自动输煤系统；煤料 自动控制

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目 录

绪论 ………………………………………………………………………………… 4 第1章 输煤电控系统的概况……………………………………………………… 5

1.1 锅炉的概述 ……………………………………………………………… 5 1.2自动输煤系统的工艺过程………………………………………….5

第2章 输煤系统硬件电路设计……………………………………………… 7

2.1输入和输出点地址分配及设备选择……………………………………...7 2.2 主电路设计………………………………………………………….…10 2.3 PLC控制电路设计…………………………………………………..11

第3章 输煤系统软件控制设计………………………………………………12

3.1系统控制流程图………………………………………………………...12 3.2 梯形图…………………………………………………………………13 3.3 指令表………………………………………………………….16

总结…………………………………………………………………………..18 致谢………………………………………………………………………………..19 参考文献………………………………………………………………………….20

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绪 论

锅炉自动输煤系统的主要任务就是实现对煤料的输送、除杂、破碎、提升等工作过程，以达到按时保质保量为机组（原煤仓）提供原煤的目的。整个输煤控制系统是锅炉安全可靠运行十分重要的支持系统，它是保证系统正常运行的重要条件。由于输煤控制系统在整个锅炉控制中心中的重要性，且工作时间长、煤场面积大、工作环境恶劣、人工作业通讯难以畅通，利用现代技术可编程逻辑控制器（PLC）和现代总线网络通讯实现其控制功能。PLC是八十年代发展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物，是一种专门用于各种工业生产过程自动控制的现场设备。由于控制对象的复杂性，使用环境的恶劣性和运行的长期连续性，使PLC在设计上有自己明显的特点：可靠性高，适应性广，具有通信功能，编程方便，结构模块化。

自动输煤控制系统有程序控制、连锁手动、解锁手动三种控制方式。程序控制为系统的最佳控制方式，设备的空载运行时间最短，操作员的操作步序最少。连锁手动方式是对要启动的流程中设备按逆煤流方向一对一的启动，按顺煤流方向一对一停车，设备的保护动作均同自动控制方式。解锁手动是在设备间解除了连锁关系的情况下，一对一启动设备，此方式绝不可带负载运行，因设备已经不存在联跳功能。锅炉输煤控制系统各主要任务就是卸煤，堆煤、上煤和配煤。已达到按时保质保量为机组提供燃煤的目的。整个输煤系统是锅炉安全可靠运行十分重要的支持系统，他是保证机组满发的重要条件。基于输煤控制系统过载整个锅炉控制中心的重要性，且煤场面积大，工作环境恶劣，人工作业通讯难以通畅，在故障停机情况下，可操作上位机的急停按钮或同时按空盒子台右侧红色的急停按钮，它将使现场所有运行中格的收控设备立即停机。

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第1章 输煤电控系统的概况

1.1锅炉概况

锅炉的燃料多分为煤和燃油，还有天然气等。按其蒸发能力大小可分为三类：小型锅炉、中型锅炉、大型锅炉。锅炉共有六大系统：点火系统、燃料配给系统、燃煤系统，水循环系统，补水系统，送引风系统。从控制角度，锅炉的特点及注意事项如下：

(1)设备相互之间往往有一定时间限制的控制顺序。如点火时，给水泵先启动，然后除渣；引风机起动数秒后鼓风机启动；停炉时，先停鼓风和炉排，数秒后停引风和和除渣，最后停水泵。

(2)设备间往往有连锁 如给煤机和运输机、碎煤机；又如鼓风和引风机。 (3)设备间往往有联动，如锅炉故障时，汽泡极低水位；蒸汽压力过高时，应自动停止排风、炉排，起停给水泵等。

(4)一般锅炉属于二级负荷，无起动给水的蒸汽锅炉，以补水定压的高温热水锅炉的给水泵应保证可靠供电。

(5)每台锅炉宜单独设置控制屏，宜由锅炉配套、宜设集控室，并将其置与室内。

(6)线缆宜穿金属管及金属桥架，必须注意敷设时与高温设备的间距。 (7)锅炉间、除氧间、水处理和风机间，顶层料仓等的检修照明，宜采用12V安全电压。

1.2 自动输煤系统的工艺过程

1) 输煤系统组成

输煤系统的组成如图1-1所示煤料经人工或者抓煤机构送给给料器。给料器将煤料送到送煤机P1上的皮带上，煤料随送煤机的皮带进去破碎机上，皮带上有磁选料器，磁选料器的目的是将煤料中的杂质铁去除掉。送入破碎机中的大块煤被破碎机打碎变成可以容易使用的小快煤，经过破碎的煤料在经提升机运到高处，在经过送煤机P2将煤送至卸煤仓或者直接送入锅炉中。控制系统对整个流程进行控制，通过现场的采样反馈和报警系统决定系统的启停。

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图1-1 输煤系统组成示意图

1、给煤间；2、提升机；3、送煤机P2；4、运转间; 5、破碎机；6、磁选料器； 7、送煤P1；8、受煤坑；9、给料器、电磁铁门、堵煤振动器；10、受煤斗

2) 输煤机工作过程

由于被控制对象使用环境的特殊性和运行时间的长期连续性，据供煤系统要求，流程启动时，只按逆煤流方向逐台启动 开车顺序：送煤机P2→提升机→破碎机→送煤机P1→给煤器→电磁铁门→堵煤振动器。当系统停车时，过程按顺煤流方向如图1-2逐台停机，停车顺序与开车顺序相反。

图1-2 输煤机工作过程示意图

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第2章 输煤系统硬件控制设计

2.1 输入和输出点地址分配及设备选择

1) 输入点确定

输煤系统中分为自动和手动两个部分，分别由旋转开关SA1-1、SA1-2控制，在整个过程中还需要有自动开车按钮、自动停车按钮、紧急停车按钮，分别用SB1、SB2、SB3表示。在手动控制中控制电动机的按钮分别由SB4、SB5、SB6、SB7、SB8表示。在系统中有正常运行信号和过载保护信号装置分别由KM、FR表示。综上所述自动输煤系统输入端点需要12个。 2) 输出点确定

在输煤系统中有五台电动机分别由五个接触器控制，分别由KM1、KM2、KM3、KN4、KM5表示。在系统中各个电动机的运行又有相对应的单机运行指示灯HL1、HL2、HL3、HL4、HL5来指示。当系统开始运行或者停止时报警电铃示警，报警电铃由HA表示。当按下自动开车按钮、自动停车按钮、紧急停车按钮时,相对应的紧急停车指示灯、正常运行指示灯、故障指示灯指示，其分别由HL7 、HL8、HL9表示。综上所述自动输煤系统输出端点需要15个。

3) PLC的选择

三菱公司FN系列PLC吸收了整体式和模块式可编程序控制器的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相同。它们相互连接不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。其体积小，很适合用于在机电一体化产品中。

在FX系列中，FX2N是其中功能最强、速度最快的微型可编程序控制器。FX2N有3000多点辅助继电器，1000点状态继电器、200多点定时器、200点16位加计数器、35点32加/减计数器、8000多点16位数据寄存器、128点跳步指针、15点中断指针。这位应用程序的设计提供了丰富的资源。所以本文选择FX2N系列的可编程控制器。

在选择PLC中FX2N是FX系列中功能最强，速度最快的微型可编程序控制器。在输煤系统中确定使用13个输入端口和15个输入端口，又考虑到需要备用端口，所以选用三菱FX2N-48MS-001来完成硬件结构配置。

4) I/O分配表

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由上述内容分析可知,共需要输入端点12个和输出端点15个,具体PLC分配如表2-1所示：自动输煤系统是由五台三相异步电动机M1~M5和一台磁选料器YA组成,SA1为自动/手动转换开关,SB1和SB2为自动开车/停车按钮,SB3为事故紧急停车按钮,SB4~SB8为五个控制按钮。HA为开车/停车电铃示警,用来提示在输煤机附近的工作人员注意安全。八个指示灯HL1、HL2、HL3、HL4、HL5、HL7 、HL8、HL9，主要用于各电动机运行或停止指示。

表2-1 自动输煤系统输入/输出点地址分配表

1 SA1-1 2 SA1-2 3 SB1 4 SB2 5 SB3 6 SB4 7 SB5 8 SB6 9 SB7 10 SB8 11 KA 输入 系统手动控制开关 系统自动控制开关 自动开车按钮 自动停车按钮 紧急停车按钮 给料器和磁选料器手动按钮 送煤机P1手动按钮 破碎机手动按钮 提升机手动按钮 送煤机P2手动按钮 输出 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 KM1 给料器和磁选料器接触器 KM2 KM3 KM4 KM5 送煤机P1接触器 破碎机接触器 提升机接触器 送煤机P2接触器 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 HL1 给料器和磁选料器接触器运行指示 HL2 送煤机P1运行指示 HL3 破碎机运行指示 提升机运行指示 送煤机P2运行指示 报警电铃 手动运行指示灯 紧急停车指示灯 正常运行指示灯 故障指示灯 X10 HL4 X11 HL5 X12 HA 磁选料器运行正常信号 12 FR1-FR5 电机过载保护信号 13 14 15

5)主要设备的选择 A、电动机的选择

X13 HL6 HL7 HL8 HL9 根据实际考察估算，选择电动机的型号为：

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给料器、破碎机选择Y132S1-2，功率5.5KW，额定电压380V、额定电流11.1A。送煤机P1、送煤机P2，提升机选择Y225M-2,功率为45KW，额定电压380V、额定电流83.9A。

B、熔断器选择

熔断器熔体的额定电流Ier的选择必需满足下列条件： 熔体在线路中或电动机正常工作时不应熔断需满足：

Ier ≥ Ijs

式中Ijs为正常运行时流经熔体的工作电流。对于单台电动机支线，Ijs就是 电动机的额定电流（A）；

熔体在电动机启动时不应熔断需满足：

Ier ≧

Iqd a式中a为躲开电动机启动电流的计算系数，其值与电动机的启动情况（轻载或重载启动）、熔断器的型号特性及熔体的额定电流Ier值得大小因数有关。

根据上述条件，经查《工业企业供电》中表3-3，《电力工程电气设备手册》经计算所选相应熔断器。保护给料器、破碎机相应熔断器为RL1 50/30，保护送煤机P1、提升机、送煤机P2相应熔断器为RL1 200/150。

C、接触器选择

根据要求接触器选择SUNWORLD CJ20系列220V交流接触器，接触器适用于不间断工作制，断续周期工作制，各设备所选对应接触器为给料器、破碎机对应接触器为CJ20-25型号，送煤机P1、提升机、送煤机P2对应的接触器为J20-100型号。

D、继电器选择

电动机M1、M2、M3、M4、M5分别由继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5来实现过载保护，使用中应该考虑电动机的工作环境、启动情况、负载性质等因素具体应按以下几个方面来选择。

（1）根据被保护电动机的实际启动时间选取6倍额定电流下具有相应可返回时间的热继电器。一般热继电器的可返回时间大约为6倍额定电流下动作时间的50%~70%。

(2) 热元件额定电流一般可按式2-1确定

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In= (0.95~1.05) Imn （2-1）

式中：In为热元件额定电流，Imn为电动机的额定电流

根据电动机的额定电流可选择给料器、破碎机所对应的热继电器选择TR16-20/3D型号，送煤机P1、提升机、送煤机P2对应的热继电器选择TR16-150/3型号。

E、电铃与指示灯的选择

其中指示灯功率选择为0.25KW，电铃HA选择为8W,电源都为交流电220V。 2.2 主电路设计

根据系统需要设计出电路如图2-1所示

图2-1 锅炉车间运煤机组系统主电路图

1)给料器、送煤机P1、破碎机、提升机、送煤机P2的电动机分别为M1、M2、M3、M4、M5，它们分别由继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5来控制实现电路的过载保护。

2)QF为电源总开关，电源总开关既可以完成主电路的短路保护，又起到分

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段三相交流电源的作用，而且电源总开关使用和维护也很方便。

3)熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5分别实现系统中各负载回路的短路保护。当发生过载时熔断器断掉，使系统不能工作。

4)主电路中接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分别控制三相异步电动机M1、M2、M3、M4、M5。 2.3 PLC控制电路

绘制PLC控制电路接线图如下图2-2所示:

图2-2 PLC控制电路接线图

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第3章 输煤系统软件控制设计

3.1 系统流程图

根据输煤系统控制要求，建立自动输煤系统流程图，如下图所示，表达出各控制对象的动作顺序，相互的制约关系。在明确PLC寄存器空间分配，进行控制的程序设计，包括主程序编制，其它各功能子程序编制，其它辅助程序的编制等。

图3-1 系统自动控制流程图

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1)正常开车 当按下系统自动开车按钮X2，报警电铃运行10S，送煤机P2电动机运行，对应的单机运行指示灯HL1点亮，并延时10S；10S后，提升机电动机运行，对应的单机运行指示灯HL2点亮，并延时10S；10S后，破碎电动机运行，对应按钮的单机运行指示灯HL3点亮，并延时10S;10S后，送煤机P2电动机运行，对应的单机运行指示灯HL4点亮，并延时10S；10S后，给料器和磁选料器电动机运行，对应的单机运行指示灯HL5点亮，并延时10S；10S后，点亮系统正常运行指示灯HL6，输煤系统正常运行。

2)正常停车 当按下系统自动停车按钮X3, 报警电铃运行10S, 延时10S后，给料器和磁选料器电动机停车，对应的单机运行指示灯HL5熄灭，并延时10S。10S后，送煤机P2电动机停车，对应的单机运行指示灯HL4熄灭，并延时10S。 10S后，破碎电动机停车，对应的单机运行指示灯HL3熄灭，并延时10S。 10S后，提升机电动机停车，对应的单机运行指示灯HL2熄灭，并延时10S。 10S后，送煤机P2电动机停车，对应的单机运行指示灯HL1熄灭，并延时10S，输煤机组全部正常停机。

3)过载保护 输煤系统中有三相异步电动机M1~M5，每台电动机都有相对应的过载保护装置热继电器，在系统中电动机如果发生故障必须立即全线停车，来保护电动机不被损害，停车后系统故障指示灯HL9，HA电铃连续报警20S，HL9一直亮到故障处理完毕后，继续正常开车，恢复正常生产。

4)紧急停车 在输煤系统中，可能会有很多事故发生，如果不及时处理的话，会造成很大的损失，因此在系统中还需要设置紧急停车按钮，防止事故的扩大化。当按下紧急停止按钮时，整个系统必须立即停止运行，HA报警电铃连续10S停止，相对应的指示灯HL7连续闪亮，输煤系统停止。

5)系统正常运行指示 输煤系统如果正常运行时HL8点亮。

3.2 梯形图

根据自动输煤系统的要求，画出梯形图如图3-2所示：0~44为主程序，45~80为保护程序，81~222为自动程序。

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图3-2 梯形图

3.3 指令表 0 LD X001 1 CJ P0 4 LD X000 5 OUT Y014 6 MPS 7 AND X005 8 OUT Y000 9 OUT Y005 10 MRD 11 AND Y006 12 OUT Y001 13 OUT Y006 14 MRD 15 AND X007 16 OUT Y002 17 OUT YO10 18 MRD 19 AND X010 20 OUT Y003 21 OUT Y011 22 MPP 23 AND X011 24 OUT Y004 25 OUT Y012 26 LD Y000 27 OR Y001 28 OR Y002 29 OR Y003

30 OR Y004 31 PLS M0 33 PLF M1 35 LD M0 36 OR M1 37 SET Y013 38 LD Y013 39 OUT T2 K100 42 LD T20 43 RST Y013 44 FEND 45 LD X013 46 ANI T12 47 AND M8002 48 LD X000 49 ANI T13 50 ORBS 51 OUT Y014 52 LD X013 53 ZRST S20 S25 58 OUT Y017 59 OUT T12 S25 62 LD X000 63 ZRST S20 S25 68 MPS 69 ANI T13 70 OUT T13 K100 73 MRD

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74 ANI T14 75 AND M8002 76 OUT Y015 77 MPP

78 OUT T14 K100 81 LD X002 82 PLS M0 84 LD M0 85 SET S0 87 STL S0 88 ZRST S20 S25 93 LD X002 94 ANI X000 95 ANI X013 96 SET S20 98 STL S20 99 OUT Y013 100 OUT T1 K100 103 LD T1 104 SET S21 106 STL S21 107 SET Y004 108 SET Y012 109 OUT T2 K100 112 LD T2 113 SET S22 115 STL S22 116 SET Y003

117 SET Y011 118 OUT T3 K100 121 LD T3 122 SET S22 124 STL S23 125 SET Y002 126 SET Y010 127 OUT T4 K100 130 LD T4 131 SET S24 133 STL S24 134 SET Y011 135 SET Y006 136 OUT T5 K100 139 LD T5 140 SET S25 142 STL S25 143 SET Y000 144 SET Y005 145 OUT T6 K100 148 LD T6 149 SET S26 151 STL S26 152 LD Y004 153 AND Y003

154 AND Y002 155 AND Y001 156 AND Y000 157 SET Y016 158 LD Y016 159 OUT Y017 160 LD Y017 161 ZRST S20 S25 166 LD X003 167 ANI Y016 168 SET S27 170 STL S27 171 OUT Y013 172 OUT T7 K100 175 LD T7 176 SET S28 178 STL S28 179 RST Y000 180 RST Y005 181 RST Y016 182 OUT T8 K100 185 LD T9 186 SET S29 188 STL S29 189 RST Y001

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190 RST Y006 191 OUT T9 K100 194 LD T9 195 SET S30 197 STL S30 198 RST Y002 199 RST Y010 200 OUT T11 K100 203 LD T10 204 SET S31 206 STL S31 207 RST Y003 208 RST Y011 209 OUT T11 K100 212 LD T11 213 SET S32 215 STL S32 216 RST Y004 217 RST Y012 218 LD T12 219 OUT S0 220 RST Y016 221 RET 222 END

总 结

经过几个月的艰苦努力，毕业论文就要告一段落，通过本次设计,令我学到了很多的知识,仿佛又再次经历了一次系统学习。在毕业设计前一直认为没有什么困难，但在实际运作过称中才清楚的认识到自己的不足和短练，端正了学习态度。

本次设计使我加深巩固了理论知识,更深刻的意识到理论知识的重要性,了解了具体应用范围和应用方法。提高了动手和实际解决问题的能力,提高了对问题系统解决的意识。能够把握毕业论文的核心,而且还提高了自己对资料的查询能力。也认识到了人际交往在工作学习中的重要性。

自动输煤系统是锅炉上重要的组成部分,自动输煤系统中原煤经过给料器、送煤机P1、磁选料器、破碎机、提升机、送煤机P2送到工作地点,实现了煤料的自动输送。解决了工作时间长、环境恶劣、工作强度大的问题。

可编程控制器是一种将计算机、自动控制技术和通信技术相互结合在一起的新型工业自动控制设备。它是把继电器控制的优点，与计算机的功能齐全、灵活性、通用性相结合，用计算机编程软件逻辑代替继电器接线逻辑的通用性自动控制备。是一种较理想的新型工业控制装置。

通过本次毕业设计的锻炼，使我更加自信，更加智慧。使我更快的融入到将

来的社会。经过两个多月的努力，终于有了一个较成型的设计展现在了我面前，加深了对PLC控制系统的了解，更加清楚的认识到其在现代化工业中起到的巨大作用。由于本人水平有限，难免有考虑不足之处，所以恳请老师和同学批评指正。

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致 谢

毕业论文暂告收尾，这也意味着我在南通广播电视大学的四年的学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这四年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的

论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的。写作是理论界一直探讨的热门话题，老师的谆谆诱导、同学的出谋划策及家长的支持鼓励，是我坚持完成论文的动力源泉。在此，我特别要感谢我的导师陆丽丽老师。本文从选题的确定，论文的写作，修改到最后定稿得到了我的指导老师陆丽丽老师的悉心指导。特别是他多次询问我写作进程，并为我指点迷津，帮助我开拓思路，精心点拨，热忱鼓励。他严肃的教学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风深深的感染和激励着我。在此，谨此向陆老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意，感谢陆老师对我的帮助。

感谢机电系的各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。

谢谢！

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参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/leyd.html